4G网络在大柳塔煤矿井下的应用

李继军

(神东煤炭集团大柳塔煤矿，陕西 神木 719315)

0 引言

随着通信技术的发展，4G网络应用已经进入千家万户。4G网络依仗丰富的功能，给人们带来更多网络通讯上的便利，如移动互联网、物联网、视频会议乃至车联网等一系列应用都将随着4G的普及而更为大众所熟知并接受，广大用户能感受到更全面强大的4G信息化应用服务。在4G网络迅猛发展的同时，煤矿井下也开始应用4G网络，如通过视频处理生产过程中遇到的问题，随时随地进行语音通话、地面对井下固定设备监控等。现就大柳塔矿井应用4G网络的情况介绍4个方面的内容：4G网络系统的组成及特点、4G综合分站的网络配置、4G网络在煤矿井下的应用以及4G手机应用现状。

1 4G网络系统组成及特点

1.1 系统组成

系统主要由万兆环网、矿用一体化本安型综合分站、广播终端、本安手机、识别卡、有线电话、PLC等感知终端组成。实现了从设备感知到统一的综合接入、统一的综合传输到地面服务器平台的一体化物联网解决方案。

1.2 系统特点

统一的万兆环网：传输容量大、能满足未来业务增长的需求。

综合的业务接入：直接应急广播、无线有线一体化调度通信、无线通话、有线通话、无线视频、有线视频、人员定位、PLC等。

支持最新的4G无线通讯技术：满足井下数据无线传输和视频调度的需求。

一体化调度：可实现井下广播、井下话机和无线手机的一体化调度。

可直接与公网对接：实现井下与公网之间互通。

实现精确定位：能提供精确的人员定位系统。

2 4G综合分站的网络配置

2.1 4G综合分站的功能和特点

综合分站具有以下功能：3G/4G无线通信、模拟/IP电话、人员定位、广播、视频监控、485串口/CAN。综合分站最大限度的集成了通信子系统的接入，保证了整体网络平台的规划，它的建设决定了通信信息采集的运行质量和发展，是“4G网络”的重要组成部分。

综合分站具有以下特点：①本安型设计，满足煤矿井下任何场所的安装使用，可在井下打开设备进行操作；②工业级产品，满足井下恶劣环境使用，设备稳定性高，故障率少；③单块化架构，热插拔，方便扩容业务接口；④统一的背板插槽，减少连线的数量，提高了设备的稳定性；⑤“电信级”无线基站，稳定可靠覆盖距离远，具有成熟的商用案例；⑥多业务接入，能提供3G、4G、 Zigbee等多种无线信号，满足通话、定位和视频数据流无线需求。

2.2 4G综合分站数据业务配置

配置综合分站之前，先要搞清楚上网业务在分站板槽的什么位置上。一般而言，前台现场人员会先说明综合分站的位置，业务接入综合分站的槽位号和端口号，这样便于快速配置。后台数据配置人员需要通过台账，查找出这个综合分站具体的环网、槽位和端口位置信息。

环网配置中，以中驱变电所环网0-1-1 GE1为例，下面综合分站同样是以这个端口下的分站举例，综合分站的管理IP地址是10.210.100.29。井下防爆电脑网线接入综合分站“主皮带3 400 m”7/4口。telnet 10.210.100.29，账号：admin，密码：admin，按enter进入配置模式，密码：admin。show running-config查看这个综合分站的基本配置，如图1所示。

图1 进入分站网络设置

查看完数据，先查看一下综合分站7/4口是否处于UP状态，UP表示网线连接成功，DOWN表示连接不成功。命令：show interface 7/4。

进行端口数据配置：

KJJ24# configure interface 7/4 进入7槽位4号端口

KJJ24(config-if)# no switchport VLAN 100 删除原有的VLAN数据，点击？可以查看需要的命令。

KJJ24(config-if)# no switchport VLAN 100 回车删除成功

KJJ24(config-if)# switchport default VLAN 541 配置VLAN为541的Accses数据

KJJ24(config-if)# sw VLAN 541 untag 配置VLAN为541的Accses数据

KJJ24(config-if)# exit 退出7槽位4号端口

KJJ24# configure interface 3/1 进入3/1口，因为3/1为综合分站上联口。

KJJ24(config-if)# switchport VLAN 541 tag 配置VLAN为541的trunk数据

KJJ24(config-if)# exit 退出3/1口。

KJJ24# configure interface 4/1 进入4/1口，因为4/1为综合分站下联口。

KJJ24(config-if)# switchport VLAN 541 tag 配置VLAN为541的trunk数据

KJJ24(config-if)# exit 退出4/1口

KJJ24# write 保存数据

KJJ24# show run 查看VLAN 541是否成功配置。

KJJ24# quit 退出10.210.100.29分站

Are you sure to quit? yes[Y] or no[N]：[N]y

通过综合分站台账可以看出，主皮带巷3 400 m综合分站没有直接和中驱变电所环网相连，因此，还需要在主皮带巷3 000 m综合分站的上联口和下联口配置VLAN为541的trunk数据。telnet 10.210.100.28查看数据，show run，如图2所示。

图2 查看分站网络状态信息

通过图2可以看出主皮带巷3 000 m综合分站，没有配置VLAN 541，需要配置上联口3/1和下联口4/1。上联口光缆连接中驱变电所环网0-1-1 GE1口，下联口光缆连接主皮带巷3 400 m综合分站的3/1口。

命令如下：

KJJ24# configure interface 3/1 进入3/1口，因为3/1为综合分站上联口。

KJJ24(config-if)# switchport VLAN 541 tag 配置VLAN为541的trunk数据

KJJ24(config-if)# exit 退出3/1口。

KJJ24# configure interface 4/1 进入4/1口，因为4/1为综合分站下联口。

KJJ24(config-if)# switchport VLAN 541 tag 配置VLAN为541的trunk数据

KJJ24(config-if)# exit 退出4/1口

KJJ24# write 保存数据

KJJ24# show run 查看VLAN 541是否成功配置。

telnet 10.210.100.29 进入后查看7/4状态情况，如果处于UP状态，证明业务已通。

3 4G网络在煤矿井下现有的应用

3.1 4G手机业务

基本语音业务：①实现专网手机之间的呼叫;②实现手机与神东专网用户之间的呼叫；③实现手机与公网固定电话之间的呼叫；④实现手机与公网移动电话之间的呼叫。

短信、彩信业务：①4G专网手机之间互发短信；②信息存储功能。信息发送失败时，系统对信息进行存储，待用户可接收短信或重发时间到时重新发送该条短消息；③实现彩信功能。实现手机之间图片传输，实现专网手机彩信功能，可实现互发图片、语音、文字、视频；④短信平台可以对4G手机群发短信。

聊天软件使用：通过微信、企业微信、QQ等软件实现视频通话；通过聊天软件实现文字、图片的传输，方便井上下的沟通。

手机查询设备运行状态及告警信息：手机查询5-2煤皮带监控组态图及运行告警信息，如图3所示；手机查询5-2煤安全监控信息画面，如图4所示。

图4 5-2煤安全监控信息画面

图3 5-2煤皮带监控组态图

3.2 井下设备联网业务

数据上传和工业控制：①井下设备通过光缆接入综合分站的光口，实现了地面对井下设备的控制、监视等，如大巷皮带变频器、变电所控制柜等。②综采工作面、连掘队破碎机、皮带卸料口等摄像头通过网线将其接入4G综合分站，地面可看到实时视频。③连掘队使用的皮带控制器、移动变压器控制器等通过485端口接入4G综合分站，实现了设备的数据上传。④综采工作面的采煤机位置接收器、带有无线功能的摄像头、4G手机等通过无线网络与4G综合分站连接，实现了设备数据传输。⑤与翌日厂家联合将带定位功能的矿灯(具备声、光、震动报警)接入4G综合分站，并将信息上传至地面；与翌日厂家联合将车载定位器(具备超速报警、语音播报)接入4G综合分站，并将信息上传至地面。

4G网络接口：①井下固定的变电所安装有万兆环网交换机，由8*GE RJ458电口卡、8*GE SFP光口卡、4*SFP和4*RJ45光电混合卡、两端口万兆光口卡组成，其交换容量为72G；②4G综合分站内有光口、电口、485口等供井下设备联网使用，具体的接口有24*2 ODF配线接口、3*千兆光口(电口)、6*4百兆光口、6*4百兆电口、10*2路485口、6*4路模拟视频口、4*4路电话接口、10*2路CAN接口、8*6路监测接口。

无线数据传输能力：①目前井下数据总带宽为1 000 Mbps；②输出功率为2*250 mW，使用统一的3口输入天线，减少合路器和功分器的损耗；③现上网带宽为上行50 Mbps，下行150 Mbps。

3.3 调度业务

调度相关业务：①有线、无线统一调度；②一键呼叫、转接、代答、排队、保持、挂断；③强插、强拆、监听；④群答、群呼功能、紧急广播；⑤普通广播、定时广播、点播歌曲、定时打铃；⑥会议功能、辅机功能；⑦调度与分站之间实现对讲，也可实现分站与分站之间对讲。

录音功能：①配置为1 TB硬盘，录音文件的存储时间超过6个月；②对录音文件进行查询、检索、排序、拷贝、删除、放音等操作；③用户管理、文件查询、检索、排序；④文件拷贝、删除、录音文件播放。

3.4 人员定位系统

人员定位系统由定位软件、双机热备软件、数据库、服务器(host)、交换机、打印机、井口LED显示屏、UPS电源、矿用电源、矿用定位分站、读卡器、扫卡仪、标识卡、信息化矿灯、接线盒等设备组成。

系统组成：人员定位系统由定位软件、双机热备软件、数据库、服务器(host)、交换机、打印机、井口LED显示屏、UPS电源、矿用电源、矿用定位分站、读卡器、扫卡仪、标识卡、信息化矿灯、接线盒等设备组成。在煤矿井下主要应用有人员定位、车辆定位、门禁考勤。

精确定位：第3代定位技术，信号飞行时间定位是新一代定位技术，具有场强定位的优点，测量距离和实际距离误差都在5 m之内，能够准确掌握井下巷道人员的位置，和每个人任意时刻所在的位置及各时间段的轨迹，标示卡读卡速度快，漏卡率低。

轨迹回放：可对人员和机车的运动轨迹进行跟踪回放，掌握其详细工作路线和时间，在进行救援或事故分析时可提供有效的线索或证明，并可对井下的工作人员进行实时跟踪，实时掌握井下工作人员的活动轨迹。

井下报警：①区域报警。可以实现井下重点区域、危险区域、限制区域的设置，并根据具体的区域的情况设计报警值；②脱岗报警。当工作人员脱离自己的工作岗位时，进行报警提示；③超员超时报警。当井下人员大于矿井允许的工作人员的数量时，系统会报警提示。下井人员工作时间超过其规定值时，系统会报警提示工作人员。

紧急撤离：地面人员掌握到异常情况，需要指挥井下人员迅速撤离时，可通过系统向所有人员发出紧急指令，发出声光警报，提示井下工作人员紧急撤离，并可动态掌握撤离进行情况。其中包括，①群呼。对矿井所有工作人员发出指令，呼叫其撤离矿井，也可对设定的区域进行呼叫，提示其撤离及呼叫具体的读卡器，提示其周围的人员撤离；②单呼。可以具体呼叫井下某一个人，提示其撤离。只要该人的标示卡在定位读卡器的覆盖范围内，就可以对其进行个别呼叫提示其撤离。

远程管理：可通过互联网对系统进行操作，实现远程管理和监控，管理人员出差在外也可随时查看井下实况，特别是发生事故时不在现场也可及时掌握第一手情况，进行救援指挥。并可实现信息的远传，直接将井下的实时数据传到集团总部和当地的矿山管理部门，更加方便企业与政府的实时监管。

数据存储：数据库可以长时间存储下井数据，对系统的任何修改信息都一直保存，方便管理维护人员查看系统维护信息，对系统的维护检查提供有力的数据支撑。

4 4G手机应用现状

4.1 4G与3G和小灵通相比的优点

音质好：4G在使用过程中音质比原先使用的3G和小灵通音质好，一旦接通语音质量不变。

增值业务使用效果好：4G的增值业务比较好，可以在3G的基础上添加其他业务，较小灵通方便许多。增值的业务在我矿使用的效果普遍都很好，稳定性也高。

丰富传输内容：相比小灵通来说可传输的不仅仅是语言，还增加了数据、图像。

无线覆盖范围广：4G无线的覆盖范围比以前大，在条件好的巷道可达1 000 m，一般条件可到700 m。

更好地满足通话需求：单台基站控制器可访问用户增加了，可满足20多个用户同时语音通话。

整体性能提升：配发的4G手机比原来的3G手机和小灵通无论是使用灵敏性，待机时长，都有很大的提高，无论是科室人员或区队的同事都反映4G手机使用效果很好。

4.2 4G手机在煤矿井下使用的利与弊

由于4G网络在煤矿井下的应用，4G手机也在井下找到了舞台，煤矿工人在井下可以和家人进行通话，通过手机浏览网页，在设备出现故障时，通过视频可以和检修人员进行视频沟通，进而解决了设备故障，提高了生产效率。4G手机在煤矿井下的利用方便了井上井下的沟通，丰富了煤矿工人在井下的生活，但同时，它的使用也会存在某些弊端，如工人在井下玩手游，影响工作甚至安全；部分4G手机的非防爆性，对于煤矿而言存在有局部瓦斯爆炸的风险。4G手机在煤矿井下的利用有利也有弊，应该让其娱乐作用降到最低甚至零，使其沟通业务发展到最大值。

5 结语

当下是一个科技高速发展的时代，通信行业的技术更新速度快，新技术层出不穷，4G网络技术作为通信快、高性能、高频率的宽带无线通信网络应运而出，充分满足了用户服务的要求。煤矿井下4G网络的使用，加强了煤矿安全生产，促进了煤炭行业现代化建设，提高了煤矿的经济效益和社会效益，提高了煤矿管理效率，助推煤矿企业又好又快发展。